11: Forças e campos magnéticos
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Nos últimos capítulos, estudamos forças e campos eletrostáticos, que são causados por cargas elétricas em repouso. Esses campos elétricos podem mover outras cargas livres, como produzir uma corrente em um circuito; no entanto, as forças eletrostáticas e os próprios campos vêm de outras cargas estáticas. Neste capítulo, vemos que quando uma carga elétrica se move, ela gera outras forças e campos. Essas forças e campos adicionais são o que comumente chamamos de magnetismo.
- 11.1: Prelúdio às forças e campos magnéticos
- Antes de examinarmos as origens do magnetismo, primeiro descrevemos o que é e como os campos magnéticos se comportam. Quando estivermos mais familiarizados com os efeitos magnéticos, podemos explicar como eles surgem do comportamento de átomos e moléculas e como o magnetismo está relacionado à eletricidade. A conexão entre eletricidade e magnetismo é fascinante do ponto de vista teórico, mas também é imensamente prática, como mostra um eletroímã industrial que pode levantar milhares de libras de metal.
- 11.2: Magnetismo e suas descobertas históricas
- O magnetismo é conhecido desde a época dos antigos gregos, mas sempre foi um pouco misterioso. Você pode ver a eletricidade no flash de um raio, mas quando uma agulha da bússola aponta para o norte magnético, você não consegue ver nenhuma força fazendo com que ela gire. As pessoas aprenderam sobre propriedades magnéticas gradualmente, ao longo de muitos anos, antes que vários físicos do século XIX conectassem o magnetismo à eletricidade.
- 11.3: Campos e linhas magnéticas
- Mesmo que não existam cargas magnéticas isoladas, ainda podemos definir a atração e a repulsão de ímãs com base em um campo. Nesta seção, definimos o campo magnético, determinamos sua direção com base na regra da mão direita e discutimos como desenhar linhas de campo magnético.
- 11.4: Movimento de uma partícula carregada em um campo magnético
- Uma partícula carregada experimenta uma força ao se mover através de um campo magnético. O que acontece se esse campo for uniforme sobre o movimento da partícula carregada? Qual caminho a partícula segue? Nesta seção, discutimos o movimento circular da partícula carregada, bem como outros movimentos que resultam da entrada de uma partícula carregada em um campo magnético.
- 11.5: Força magnética em um condutor transportador de corrente
- Cargas móveis experimentam uma força em um campo magnético. Se essas cargas móveis estiverem em um fio, ou seja, se o fio estiver carregando uma corrente, o fio também deverá sofrer uma força. No entanto, antes de discutirmos a força exercida sobre uma corrente por um campo magnético, primeiro examinamos o campo magnético gerado por uma corrente elétrica. Estamos estudando dois efeitos separados aqui que interagem estreitamente: um fio transportador de corrente gera um campo magnético e o campo magnético exerce uma força sobre o fio.
- 11.6: Força e torque em um circuito de corrente
- Os motores são a aplicação mais comum de força magnética em fios transportadores de corrente. Os motores contêm laços de fio em um campo magnético. Quando a corrente passa pelas alças, o campo magnético exerce torque nas alças, que giram um eixo. A energia elétrica é convertida em trabalho mecânico no processo.
- 11.7: O efeito Hall
- E.H. Hall desenvolveu um experimento que pode ser usado para identificar o sinal dos portadores de carga predominantes em um material condutor. De uma perspectiva histórica, esse experimento foi o primeiro a demonstrar que os portadores de carga na maioria dos metais são negativos.
- 11.8: Aplicações de forças e campos magnéticos
- Ser capaz de manipular e classificar partículas carregadas permite uma experimentação mais profunda para entender do que a matéria é feita. Primeiro, examinamos um espectrômetro de massa para ver como podemos separar os íons por sua relação carga-massa. Em seguida, discutimos os ciclotrons como um método para acelerar cargas para energias muito altas.